Computer Modeling of Hot Isostatic Pressing Process of Porous Blank

Abstract

Existing mathematical models for the process of HIP porous blanks are based on the solution of approximately differential equations of the equilibrium of quasi-continuous medium. The continual approach is used for computer modeling of the compressible body HIP process. Partial differential equations of motion for a quasi- continuous packing medium and physical equations for a viscous-plastic isotropic porous material subjected to work hardening are taken as the basis for the mathematical model by means of these simultaneous equations. Besides the equations of motion and the rheological equation, the equation of continuity deformation and the equation of heat flow are used. Numerical calculations for additional packing of a high-speed steel powder billet preliminary pressed in the hydrostat are performed. Numerical calculation of the problem for hardening the cylindrical high-speed steel billet with a mild steel shell is done using Lagrange’s method by means of the difference scheme of continuous calculation of the Wilkins’ type. Computer modeling allows to control the process of hardening and changing the form of a porous body during the HIP process. Известные математические модели процесса ГИП пористых заготовок основаны на решении приближенных дифференциальных уравнений равновесия квазисплошной среды. Использован континуальный подход построения компьютерной модели процесса горячего изостатического прессования (ГИП) порошковых заготовок. Представлена математическая модель процесса ГИП, основанная на решении дифференциальных уравнений движения квазисплошной уплотняемой среды, обладающей необратимой объемной и сдвиговой деформацией. В качестве реологических использованы уравнения вязко- пластического течения изотропного упрочняющегося материала. Кроме уравнений движения и реологического уравнения при моделировании используются уравнение неразрывности деформации и уравнение теплопроводности. Численная реализация разработанной модели выполнена методом конечных элементов на примере ГИП цилиндрической заготовки из порошка быстрорежущей стали, полученной холодным прессованием в гидростате. Численный расчет по проблеме упрочнения цилиндрической заготовки из быстрорежущей стали, заключенной в оболочку из мягкой стали, выполнен по методу Лагранжа с помощью разностной схемы сквозного счета типа Уилкинса. Компьютерное моделирование позволяет контролировать процесс упрочнения и изменение формы пористого тела в течение процесса ГИП.